南航张助华&郭万林院士 NC:25.03%!多位点结合配体的增强配位相互作用实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池!

来源:钙钛矿人发布时间:2025-07-15 15:13:37

图片

文章介绍

传统的钝化配体仅通过单个活性位点与钙钛矿表面结合,这不仅由于致密的配体堆积而形成电阻屏障,而且还限制了器件稳定性的增强。

基于此,南京航空航天大学张助华和郭万林院士等人确定了一种氯化锑-N,N-二甲基硒脲络合物 Sb(SU)2Cl3
作为多锚定配体,可显着增强钙钛矿结晶度,抑制缺陷形成,并显着提高耐湿性和整体稳定性。因此,在使用两步法制造的全空气处理钙钛矿太阳能电池中实现了 25.03% 的功率转换效率,这是在环境条件下制备的器件中报告的最高效率之一。值得注意的是,未包封的电池在暗架储存期间表现出 23,325 小时的线性外推 T80 寿命。此外,这些未封装的器件表现出卓越的热稳定性和运行稳定性,T80 的使用寿命分别为 5,004 小时(在 85 °C 下)和 5,209 小时(在 1 个太阳照射下),是迄今为止最稳定的钙钛矿太阳能电池之一。该论文近期以“Enhanced coordination interaction with
multi-site binding ligands for efficient and stable perovskite solar cells”为题发表在顶级期刊Nature Communications上。

研究亮点

四位点配体:Sb(SU)₂Cl₃ 通过 Se、Cl 双原子协同钝化,钙钛矿表面缺陷密度骤降。

常压效率破纪录:空气环境两步法制备的小面积器件认证效率 25.03 %。

稳定性里程碑:未封装器件在 85 °C、连续光照及暗态储存条件下的 T₈₀ 寿命 >5,000 h,为商业化扫清“寿命”障碍。

研究内容

团队设计合成锑氯-硒脲复合物 Sb(SU)₂Cl₃,利用 Se 对 Pb²⁺空位、Cl 对 I⁻空位的多点配位,同时锚定 FA⁺和晶界
Pb²⁺;该配体在钙钛矿表面形成稳固的“分子锁”,抑制 A 位阳离子挥发与离子迁移,晶粒尺寸增大、缺陷密度降低,最终实现 25 % 以上的光电转换效率及超长耐久性。

研究意义

工艺友好:无需惰性氛围与昂贵设备,常压即可规模制备,大幅降低生产成本。

设计范式:首次证实“金属-硫族-卤素”四位点协同钝化可同时解决缺陷、离子迁移与界面能级失配三大痛点。

产业基石:>5,000 h 的 T₈₀ 寿命与 25 % 效率的组合,为钙钛矿组件走向 25 年质保奠定化学基础。

图文信息

图片

图1. Sb(SU)2Cl 3的合成和表征。a氯化锑-N,N-二甲基硒代物络合物(Sb(SU)2Cl 3)的合成示意图。B Sb(SU)2Cl 3的ESP和能级的顶视图和侧视图。c Sb(SU)2Cl 3的FTIR光谱和(d)XRD图案。e纯硒代物在乙酸乙酯溶液(SU-EAaq)中的紫外-可见吸收光谱,乙酸乙酯溶液中的Sb(SU)2Cl 3(Sb(SU)2Cl 3-EAaq)和固态薄膜中的Sb(SU)2Cl 3(Sb(SU)2Cl 3-S)。

图片

图2. 基于密度泛函理论(DFT)和实验表征的Sb(SU)2Cl 3与钙钛矿之间的相互作用。a-d吸附结构,和(e)Sb(SU)2Cl 3在具有一个结合位点(Se)、一个结合位点(Cl)、两个结合位点(Se + Cl)的PbI 2末端表面上的吸附能,和四个结合位点(2Se +2Cl). f纯FAPbI 3(对照)和具有四个结合位点的Sb(SU)2Cl 3修饰的FAPbI 3的四种可能的本征中性点缺陷的形成能(2Se +2Cl)(目标)。g FAI和钙钛矿的FTIR光谱,没有和有Sb(SU)Cl。蓝色带表示N-H伸缩峰。h UV-Vis吸收光谱,FAPbI 3,Sb(SU)Cl和Sb(SU)Cl处理的FAPbI 3。i 1H NMR光谱,没有和有Sb(SU)Cl吸附。j,溶解在DMSO-d6中的FAPbI 3的k 2D <$H <$H COZY光谱,其中加入了少量DMF以提高溶解度。

图片

图3. 多位点结合配体(Sb(SU)2Cl 3)对钙钛矿层的影响。a,b对照组(a)和目标组(B)的原位UV-Vis吸收光谱,(c,d)钙钛矿薄膜(012)晶面的掠入射X射线衍射(GIXRD)分布图。对照组(e)和目标组(f)钙钛矿薄膜的高分辨率Pb 4 f XPS峰。g,h在0.8°入射角下对照样品和目标样品的GIWAXS图像。j极图是(100)层状衍射的极图,作为对照样品和目标样品的入射角的函数。k,l GIWAXS图像的相应面外线切割,作为对照样品和目标样品的入射角的函数。

图片

图4. 器件性能。a标准照明条件下的J-V特性(100 mW cm-2,AM 1.5 G)和稳定的PCE(插图),(B)EQE光谱,(c)紫外-可见吸收光谱,(d)黑暗条件下的奈奎斯特图,(e)稳态光致发光光谱,和(f)对照和目标样品的载流子寿命,(g)对照和目标钙钛矿太阳能电池的暗电流对温度的依赖性,(h)对照和目标样品的热激电流(TSC)谱,(i)对照和目标样品的空间电荷限制电流(SCLC)曲线。

图片

图5. 相稳定性和器件稳定性。在环境条件下老化的对照和目标钙钛矿膜的a,b XRD图案样品在大气中(70%湿度)和110 °C下制备。(20-40%湿度)和室温下。d未包封的对照PSC和目标PSC在室温下在环境条件下老化的黑暗货架稳定性,相对湿度约为20-40% e,f遵循ISOS-D-2协议在约85 °C下连续加热下跟踪的PCE的演变和相应的线性外推。g,h在最大功率点下连续一个太阳光浸泡下跟踪的PCE的演变和相应的线性外推。

总之,这项研究是在理解大多数铵基配体添加剂和表面钝化剂通过单个活性结合位点与钙钛矿晶格相互作用的情况下开始的,我们假设这种限制可以通过采用能够在钙钛矿表面上的多个活性位点结合的配体来克服。这种与配位不足的Pb
2+的多位点配位离子有效地抑制了缺陷的形成,并促进了结晶度的提高。特别是,Sb(SU)2Cl
3络合物,它与钙钛矿晶格形成化学键和氢键,采用两步法完全在环境空气中制备的并掺入这些多位点结合配体的Percent太阳能电池实现了25.03%的功率转换效率(PCE)。这些设备还表现出卓越的长期稳定性,在环境空气(20-40%相对湿度)中储存1584小时后,保持约99%的初始性能,在黑暗存储条件下,预计T80为23325小时。这项工作强调了多位点结合配体作为同时提高钙钛矿太阳能电池效率和耐用性的有前景的策略的潜力。

器件制备

器件制备:

FTO/SnO₂/PVSK/PEAI/spiro-OMeTAD/Au

1. SnO2,3000rpm 30s旋涂,150℃退火30min;

2. 将691.5 mg(1.5 M)PbI 2溶解在DMF(0.9 mL)和DMSO(0.1 mL)的混合溶剂中,将0.5 mg Sb(SU)PbCl 2溶解在1 mL DMF中来制备Sb(SU)PbCl 2溶液。分别将0、0.5、1和2 μL Sb(SU)Cl-4溶液加入到100 μL PbI2溶液中1500rpm 30s旋涂,70℃退火1min,分别将90 mg FAI、9 mg MACl和6.39 mg MAI溶解在1 mL IPA,2000rpm 30s旋涂,150℃退火15min;

3. 4.98 mg/ml PEAI IPA,5000rpm 30s旋涂;

4. 72.3 mg/mL Spiro-OMeTAD CB+30 µL t-BP+35 µL(Li-TFSI,260 mg/mL,ACN)+30
µL(Co盐,375 mg/mL,ACN),3000 rpm 30s旋涂;

5. 蒸镀70 nm Au。

文章信息

Nie, R., Zhang, P., Gao, J. et al. Enhanced coordination interaction with multi-site binding ligands for efficient and stable perovskite solar cells. Nat Commun 16, 6438 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61563-x

DOI: 10.1038/s41467-025-61563-x


责任编辑:周末
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
TNO携手东洋制罐推进钙钛矿产业化,计划在荷兰建厂来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-29 08:55:45

荷兰研究机构TNO、其衍生公司Perovion Technologies与日本东洋制罐集团控股公司达成合作,共同推进柔性钙钛矿太阳能电池的产业化。三方签署意向声明,制定涵盖技术开发、材料研发、卷对卷(R2R)制造工艺及组件集成的联合路线图。Perovion将依托TNO的技术基础,主导商业化转化,并计划于2030年在荷兰建设首座钙钛矿光伏薄膜R2R量产工厂;东洋制罐则提供MiraNeo平台下的先进封装材料与组件集成能力;TNO持续负责技术研发与规模化支持。该技术以轻质、柔性、可弯曲为特点,适用于传统晶硅组件难以部署的场景,如轻型屋顶、建筑立面、车辆及历史建筑等。合作旨在突破钙钛矿电池在长期稳定性与环境耐久性方面的产业化瓶颈,加速其迈向大规模生产和全球市场应用。(198字)

京东方光能申请太阳能电池组件及其制作方法专利,实现电极引线与太阳能电池电极的连接来源:金融界 发布时间:2026-10-29 08:53:46

本文介绍了合肥京东方光能科技有限公司与京东方科技集团股份有限公司联合申请的一项太阳能电池组件及其制作方法专利(公开号CN122995404A,申请于2025年4月)。该专利核心在于提出一种新型连接结构:通过第一、第二电极引线分别连接首尾两个太阳能电池的对应电极(即首电池的第一电极与末电池的第二电极),引线材料可选金属氧化物导电薄膜、金属导电薄膜,或二者叠层结构,旨在提升电极引线与电池电极间的可靠连接性能。文中还简要说明了两家申请主体的基本情况——合肥京东方光能为2024年成立的光伏领域新公司,注册资本近6亿元;京东方集团则是深耕电子制造多年的龙头企业,拥有超六万项专利。

理光将在日本宫城县建钙钛矿太阳能电池生产基地,2030年形成数百兆瓦年产能来源:索比光伏网 发布时间:2026-10-28 09:08:27

理光公司宣布将于日本宫城县的理光工业东北基地建设钙钛矿太阳能电池生产基地,该项目已入选日本GX(绿色转型)供应链发展支持项目。基地将采用理光自主研发的喷墨印刷技术制造钙钛矿太阳能电池,通过喷墨涂布方式完成各功能层沉积,避免传统工艺中的真空镀膜和激光刻蚀等复杂环节,从而简化生产流程、提高材料利用率并降低量产成本。根据规划,该基地目标在2030年前实现数百兆瓦的年产能,并在此基础上持续扩产,逐步迈向吉瓦级规模。此举标志着理光正式布局下一代光伏技术产业化,聚焦高效、低成本的钙钛矿电池本地化制造。

上智大学等开发出无铅钙钛矿太阳能电池新技术,同时提高耐久性与转换效率来源:日本经济新闻 发布时间:2026-10-27 10:52:11

上智大学等研究团队开发出一种新型无铅钙钛矿太阳能电池技术,以锡替代有毒的铅作为核心元素,旨在兼顾环境安全性与器件性能。针对锡易氧化导致结构退化、进而影响效率与稳定性的关键难题,团队设计了 Ruddlesden–Popper 型层状结构:由锡-碘无机导电层与有机分子层交替堆叠构成,并引入2-氨基苯并噻唑作为分子钝化添加剂。该结构既通过有机层阻隔水氧提升耐久性,又借助添加剂抑制锡氧化、降低界面电阻,使电池在100天后仍保持约85%的初始效率。尽管当前转换效率尚低于含铅同类器件,但该成果为安全、稳定、可实用化的钙钛矿光伏技术提供了新路径,后续工作将聚焦于效率提升与大面积制备。(199字)

蒙西—天津南特高压通道的核心配套新能源外送项目--库布齐沙漠基地鄂尔多斯400万千瓦新能源项目送出工程实现全线贯通来源:内蒙古广播电视台 发布时间:2026-10-27 10:44:04

库布齐沙漠基地鄂尔多斯400万千瓦新能源项目送出工程于10月24日实现全线贯通,标志着蒙西—天津南特高压通道核心配套外送项目完成主体架线施工。该工程总投资19.4亿元,起于500千伏大路变电站,经新建的布尔陶变电站,接入1000千伏鄂尔多斯特高压站,新建500千伏变电站2座、线路279公里、铁塔340基。自2025年12月开工以来,建设团队在不足12个月的沙漠施工窗口期内,克服风沙与复杂地形挑战,高效推进工期。工程投运后,每年可向京津冀地区输送绿电约140亿千瓦时,有力支撑区域用电增长,并助力库布齐沙漠生态修复与蒙西—天津南通道输电效益提升。目前正全力开展设备安装、系统联调及验收工作,确保2026年11月按期投产。(199字)

焕新升级!通威TNC 2.0 FULLX,全球屋顶的高效新选择来源:通威集团 发布时间:2026-10-27 09:39:29

通威TNC 2.0 FULLX G12R-48光伏组件焕新升级:同等屋顶面积装机更多、前期投入更省、早晚微光发电更强;全面屏设计美观融景,安全性能再提升。全球屋顶光伏高效新选择,让绿色能源更经济、更安心、更美好。

松下控股将玻璃型钙钛矿太阳能电池量产提前一年,计划2029年4月投产来源:广角观察 发布时间:2026-10-21 14:16:04

松下控股宣布将玻璃型钙钛矿太阳能电池的全面量产时间提前一年,由原定的2030财年调整为2029年4月,并将在日本滋贺县长滨市的量产技术开发基地正式启动。此举旨在加速该新型光伏技术的商业化进程。在此之前,公司已于2026年9月启动先行量产,相关产品目前由大阪府守口市的研发基地生产,主要用于面向客户的试用与实证,以积累实际安装、运行及维护经验,为后续规模化量产夯实技术与应用基础。

站起来的“钙钛矿”!极电光能以硬核实证探索光伏价值新空间来源:极电光能 发布时间:2026-10-16 09:30:36

本文介绍了极电光能在国内首个钙钛矿双面发电组件垂直安装实证项目——位于河北张家口国家风光储输示范基地的运行成果。项目于2023年8月启动,对南北、东西向垂直安装的钙钛矿组件开展近一个半月的并网实测。数据显示:组件双面率达79%,系统效率(PR值)平均接近100%;在早晚低辐照时段形成双发电高峰,精准匹配电网负荷与分时电价高峰;阴雨天(日辐照<2kWh/㎡)下PR值仍达106.5%–129.3%,凸显优异弱光响应与温度稳定性。文章进一步指出,垂直安装模式突破传统地面平铺局限,适配光电建筑、高速声屏障、农光互补等多元场景,标志着钙钛矿光伏正从技术验证迈向高价值商业化应用新阶段。(199字)

ContourGlobal在亚利桑那州启动450MW太阳能加储能项目Sterling的建设来源:indexbox 发布时间:2026-10-13 10:00:17

ContourGlobal公司已正式启动位于亚利桑那州莫哈维县的Sterling太阳能加储能混合项目施工。该项目为450MWac光伏电站配套1.4GWh电池储能系统,由300个磷酸铁锂集装箱式储能单元构成,占地超2000英亩,预计2028年投运。建成后,年发电量将超1.1TWh,其中约90%电力通过2026年7月签署的购电协议售予特斯拉,该协议被称作迄今规模最大的同类混合项目承购协议之一。项目采用私人融资,此前获得国际银行银团股权过桥贷款,并新建5.2英里接入66号公路的道路。其设计聚焦客户用电需求,可实现日落后最多16小时稳定供电。此举紧随该公司在科罗拉多州建成324MW太阳能电站之后,凸显其在美加速布局清洁能源资产的战略。

横店东磁申请太阳能电池的制备方法专利,降低接触电阻来源:金融界 发布时间:2026-10-12 06:00:37

横店集团东磁股份有限公司于2026年6月向国家知识产权局申请了一项名为“太阳能电池的制备方法”的发明专利(公开号CN122892299A)。该专利聚焦于优化太阳能电池结构,通过在基底层受光面和/或背光面构建具有区域差异化的掺杂半导体层,使接触区表面凸起且掺杂浓度高于相邻非接触区,或在背光面交替设置两类掺杂层作为接触区,再配合电极制备。其核心技术创新在于实现局部精准调控,从而有效降低金属电极与半导体之间的接触电阻,进而提升电池的开路电压与短路电流。作为国内光伏与磁性材料领域的重要企业,横店东磁长期布局技术研发,截至当前已累计拥有专利2911项。(199字)

大面积钙钛矿太阳能电池光电转换效率创新高来源:科技日报 发布时间:2026-10-10 09:52:29

澳大利亚新南威尔士大学与UtmoLight公司合作,成功研制出面积达676平方厘米(30 cm × 30 cm)的大面积钙钛矿太阳能电池,实现23.5%的光电转换效率,刷新世界纪录。该成果证实钙钛矿技术在放大尺寸后仍能保持高效率,显著提升了其规模化制造与产业化应用前景。研究通过材料创新与工艺优化,取消了易引发不稳定的氧化镍层,简化制程并提升性能。团队下一步将试制2.8平方米的全尺寸商用组件,验证更大面积下的可行性。尽管钙钛矿在成本与光谱利用(如与硅基电池叠层)方面优势突出,但其在湿热环境下的稳定性、大面积均匀性控制及长期可靠性仍是产业化亟待突破的关键挑战。(199字)